ISO/TR 14179-1:2001
(Main)Gears — Thermal capacity — Part 1: Rating gear drives with thermal equilibrium at 95 °C sump temperature
Gears — Thermal capacity — Part 1: Rating gear drives with thermal equilibrium at 95 °C sump temperature
This part of ISO/TR 14179 utilizes an analytical heat balance model to provide a means of calculating the thermal transmittable power of a single- or multiple-stage gear drive lubricated with mineral oil. The calculation is based on standard conditions of 25 °C maximum ambient temperature and 95 °C maximum oil sump temperature in a large indoor space, but provides modifiers for other conditions.
Engrenages — Capacité thermique — Partie 1: Capacité des transmissions par engrenages pour une température de bain d'huile de 95 °C
La présente partie de l'ISO/TR 14179 utilise un modèle de bilan thermique analytique pour calculer la puissance thermique transmissible d'une transmission par engrenages mono- ou multi-étage lubrifiés à l'huile minérale. Le calcul est basé sur des conditions normales à une température ambiante maximale de 25 °C et à une température maximale du bain d'huile de 95 °C, dans un grand espace couvert, mais fournit des coefficients modificateurs pour d'autres situations.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 14179-1
First edition
2001-07-15
Gears — Thermal capacity —
Part 1:
Rating gear drives with thermal equilibrium
at95 ��C sump temperature
��
Engrenages — Capacité thermique —
Partie 1: Capacité des transmissions par engrenages pour une
température de bain d'huile de 95 �C
Reference number
©
ISO 2001
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Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Symbols and units, term and definition .1
3 Rating criteria.4
4 Service conditions.5
4.1 Intermittent service.5
4.2 Adverse conditions.5
4.3 Favourable conditions .5
4.4 Auxiliary cooling.5
5 Methods for determining the thermal rating .6
6 Method A — Test.6
7 Method B — Calculations for determining the thermal power rating, P .6
T
7.1 Basis .6
7.2 Heat generation.7
7.3 Bearing power loss, P .7
B
7.4 Mesh power loss, P , spur and helical gears .11
M
7.5 Mesh power loss, P , bevel gears.14
M
7.6 Mesh power loss, P , cylindrical worm gears .14
M
7.7 Mesh power loss, P , double enveloping worm gears .14
M
7.8 Oil seal power loss, P .14
S
7.9 Gear windage and churning power loss, P .15
W
7.10 Bearing windage and churning power loss, P .16
WB
7.11 Oil pump power loss, P .19
P
7.12 Heat dissipation, P .20
Q
8 Modifications for non-standard operating conditions.21
Annex A (informative) Bevel gear mesh and gear windage power losses.24
Annex B (informative) Worm gear mesh power losses.28
Bibliography.30
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is
normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a simple majority
vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely informative in nature
and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO/TR 14179 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 14179-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear capacity
calculation.
ISO/TR 14179 consists of the following parts, under the general title Gears — Thermal capacity:
� Part 1: Rating gear drives with thermal equilibrium at 95�C sump temperature
� Part 2: Thermal load-carrying capacity
iv © ISO 2001 – All rights reserved
Introduction
ISO/TR 14179 consists of two parts.
This part of ISO/TR 14179 is the American proposal. It utilizes an analytical heat balance model to calculate the
thermal transmittable power for a single or multiple stage gear drive lubricated with mineral oil. Many of the factors
in the analytical model can trace their roots to published works of various authors.
The procedure is based on the calculation method presented in AGMA (American Gear Manufacturers Association)
[1]
Technical Paper 96FTM9 . The bearing losses are calculated from catalogue information supplied by bearing
manufacturers, which in turn can be traced to the work of Palmgren. The gear windage and churning loss
formulations originally appeared in work presented by Dudley, and have been modified to account for the effects of
changes in lubricant viscosity and amount of gear submergence. The gear load losses are derived from the early
investigators of rolling and sliding friction who approximated gear tooth action by means of disk testers. The
coefficients in the load loss equation were then developed from a multiple parameter regression analysis of
experimental data from a large population of tests in typical industrial gear drives. These gear drives were
subjected to testing which varied operating conditions over a wide range. Operating condition parameters in the
test matrix included speed, power, direction of rotation and amount of lubricant. The formulation has been verified
by cross checking predicted results to experimental data for various gear drive configurations from several
manufacturers.
ISO/TR 14179-2 is based on a German proposal whereby the thermal equilibrium between power loss and
dissipated heat is calculated. From this equilibrium, the expected gear oil sump temperature for a given transmitted
power, as well as the maximum transmittable power for a given maximum oil sump temperature, can be calculated.
For spray lubrication, it is also possible to calculate the amount of external cooling necessary for maintaining a
given oil inlet temperature. The calculation is an iterative method.
The power loss of cylindrical, bevel, hypoid and worm gears can be calculated according to theoretical and
experimental investigations of these different gear types undertaken at the Technical University in Munich. The load
dependent gear power loss results in the calculation of the coefficient of mesh friction. The influence of the main
parameters of load, speed, viscosity and surface roughness on the coefficient of friction were measured individually
in twin disk tests and verified in gear experiments. The same equations for the coefficient of friction are used in
ISO/TR 13989 for the calculation of the scuffing load capacity of gears, and are used in German standard methods
for the calculation of the relevant temperature for oil film thickness to evaluate the risk of wear and micropitting. The
no-load power loss of gears is derived from systematic experiments with various parameters from published
research projects. The power loss calculation of the anti-friction bearings was taken from the experience of the
bearing manufacturers, as published in their most recent catalogues.
The equations for heat dissipation are based on theoretical considerations combined with experimental
investigations on model gear cases using different gear wall configurations in natural and forced convection.
Radiation from the housing is based on the Stefan-Boltzman law, with measured values of the relative radiation
coefficient measured for different surface finish and coatings of the gear case surface. Also included are equations
for the calculation of the heat transfer from rotating parts and to the foundation. The results were verified with heat
dissipation measurements in practical gear drives. A computer programme, “WAEPRO”, with the proposed thermal
calculation method, was developed within a research project of the FVA (Forschungsvereinigung Antriebstechnik
e.V., Frankfurt) and is widely used in the German gear industry.
TECHNICAL REPORT ISO/TR 14179-1:2001(E)
Gears — Thermal capacity
Part 1:
Rating gear drives with thermal equilibrium at 95 ��Csump
��
temperature
1 Scope
This part of ISO/TR 14179 utilizes an analytical heat balance model to provide a means of calculating the thermal
transmittable power of a single- or multiple-stage gear drive lubricated with mineral oil. The calculation is based on
standard conditions of 25 °C maximum ambient temperature and 95 °C maximum oil sump temperature in a large
indoor space, but provides modifiers for other conditions.
2 Symbols and units, term and definition
For the purposes of this part of ISO TR 14179, the symbols and units given in Table 1, and the following term and
definition, apply.
Table 1 — Symbols and units
Where
Symbol Meaning Units Reference
first used
A Gear case surface area exposed to ambient air Eq. (35) 7.12
m
c
A Arrangement constant for gearing — Eq. (24) 7.9
g
a Load modifying exponent — Eq. (9) Table 3
B Altitude modifier — Eq. (36) Table 10
A
B Operating time modifier — Eq. (36) Table 12
D
B Ambient temperature modifier — Eq. (36) Table 8
ref
B Sump temperature modifier — Eq. (36) Table 11
T
B Ambient air velocity modifier — Eq. (36) Table 9
V
b
Diameter modifying exponent — Eq. (9) Table 3
b Face width in contact with mating element mm Eq. (21) 7.4
w
C
Basicstaticloadrating N — Table 2
C Mesh coefficient of friction constant — Eq. (20) 7.4
D OD of element for gearing windage and churning mm Eq. (24) 7.9
D Bearing diameter over rolling elements mm Eq. (29) Figure 3
OR
D Shaft diameter mm — Figure 2
s
d Bearing bore diameter mm Eq. (10) 7.3.1
i
Table 1 (continued)
Where
Symbol Meaning Units Reference
first used
d Bearing mean diameter mm Eq. (9) 7.3.1
m
d Bearing outside diameter mm Eq. (10) 7.3.1
o
E Electric power consumed kW Eq. (34) 7.11
P
e
Bearing factor — Eq. (13) 7.3.3
e Electric motor efficiency — Eq. (34) 7.11
m
e Oil pump efficiency — Eq. (33) 7.11
p
F Total face width of gear or pinion mm Eq. (26) 7.9
F Bearing axial load component N Eq. (12) 7.3.2
a
F Beari
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 14179-1
Première édition
2001-07-15
Engrenages — Capacité thermique —
Partie 1:
Capacité des transmissions par
engrenages pour une température de bain
d’huile de 95 °C
Gears — Thermal capacity
Part 1: Rating gear drives with thermal equilibrium at 95 �Csump
temperature
Numéro de référence
©
ISO 2001
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Imprimé en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d’application .1
2 Symboles et unités, terme et définition.1
3Critères de capacité thermique .5
4 Conditions de service .5
4.1 Service intermittent .5
4.2 Conditions défavorables.5
4.3 Conditions favorables .6
4.4 Refroidissement auxiliaire .6
5Méthodes de détermination de la capacité thermique.6
6Méthode A — Essai.6
7Méthode B — Calculspermettant dedéterminer la capacité thermique, P .7
T
7.1 Base .7
7.2 Production de chaleur.8
7.3 Perte de puissance des paliers, P .8
B
7.4 Perte de puissance de l’engrènement, P , des engrenages cylindriques à dentures droite et
M
hélicoïdale .13
7.5 Perte de puissance de l’engrènement, P , des engrenages coniques .15
M
7.6 Perte de puissance de l’engrènement, P , des engrenages à roue et vis cylindriques.15
M
7.7 Perte de puissance de l’engrènement, P , des engrenages à roue et vis globiques.15
M
7.8 Perte de puissance du joint d’étanchéité, P .15
S
7.9 Perte de puissance de l’engrenage par brassage et protection, P .15
W
7.10 Perte de puissance des paliers par brassage et par projection, P .17
WB
7.11 Perte de puissance de la pompe à huile, P .20
P
7.12 Dissipation thermique, P .20
Q
8 Modifications pour des conditions de fonctionnement non habituelles .21
Annexe A (informative) Pertes de puissance de l’engrènement des engrenages coniques et pertes
de puissance des engrenages par ventilation.24
Annexe B (informative) Pertes de puissance de l’engrènement des engrenages à vis.28
Bibliographie .30
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptéspar lescomités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état de la
technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport technique. Les
Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement être révisésavant que
les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des élémentsdelaprésente partie de l'ISO/TR 14179 peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 14179-1 a étéélaboré par le comité technique ISO/TC 60, Engrenages, sous-comité SC 2, Calcul de la
capacité des engrenages.
L'ISO/TR 14179 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Engrenages — Capacité
thermique:
� Partie 1: Capacité des transmissions par engrenages pour une température de bain d’huilede95 �C
� Partie 2: Capacité de charge thermique
iv © ISO 2001 – Tous droits réservés
Introduction
L’ISO/TR 14179 comprend deux parties.
La présente partie de l’ISO/TR 14179 constitue la proposition américaine. Elle utilise un modèle de bilan thermique
analytique pour calculer la puissance thermique transmissible d’une transmission par engrenages mono- ou multi-
étage lubrifiés à l’huile minérale. Plusieurs des facteurs du modèle analytique trouvent leur origine dans des
travaux publiés par divers auteurs.
[1]
La procédure est baséesur la méthode de calcul présentée dans la publication 96FTM9 de l’AGMA (American
Gear Manufacturers Association). Les pertes de puissance sont calculées à partir des informations du catalogue
fourni par les fabricants de paliers, informations qui peuvent également figurer dans les travaux de Palmgren. Les
équations des pertes de puissance par ventilation et par barbotage des engrenages sont apparues pour la
première fois dans les travaux présentés par Dudley et ont été modifiées pour tenir compte des effets des
changements de viscosité du lubrifiant et de la hauteur d’immersion des engrenages. Les pertes de puissance des
engrenages ont été calculées par les premiers chercheurs sur les frottements de roulement et de glissement, qui
ont évalué l’engrènement au moyen d’essais sur machines galet disque. Les coefficients de l’équation de la perte
de puissance ont été développés à ce moment à partir d’une analyse de régression à plusieurs paramètres des
données expérimentales issues d’un grand nombre d’essais sur des transmissions par engrenages industriels
types. Ces transmissions par engrenages ont été soumises à des essais qui modifiaient les conditions de
fonctionnement sur une large gamme. Les paramètres des conditions de fonctionnement établis dans le plan
d’essai comprenaient la vitesse, la puissance, le sens de rotation, la quantité de lubrifiant, etc. L’équation a été
vérifiée en comparant les résultats attendus aux données de l’expérience pour diverses configurations de
transmission par engrenages de plusieurs fabricants.
l’ISO/TR 14179-2 est fondée sur une proposition allemande dans laquelle l’équilibre thermique entre la perte de
puissance et la chaleur dissipée est calculé. À partir de cet équilibre, il est possible de calculer la température
attendue du bain d’huile d’un engrenage pour une puissance transmise donnée ainsi que la puissance maximale
transmissible pour une température maximale donnéedubaind’huile. Pour la lubrification par pulvérisation, il est
également possible de calculer le niveau nécessaire de refroidissement extérieur pour maintenir une température
donnéedel’huileenentrée. Ce calcul est effectué par itération.
La perte de puissance des engrenages cylindriques, coniques et hypoïdes ainsi qu’à roue et vis peut être calculée
sur la base des recherches théoriques et expérimentales effectuées sur ces différents types d'engrenages à la
Technical University de Munich. La perte de puissance dépendante de la charge des engrenages est obtenue à
partir du calcul du coefficient de frottement de l’engrènement. L’influence des principaux paramètres tels que
charge, vitesse, viscosité et rugosité de surface sur le coefficient de frottement a été mesurée individuellement lors
d’essais sur machines galet disque et vérifiée par des expériences sur des engrenages. Les mêmes équations
pour les coefficients de frottement sont utilisées dans l’ISO/TR 13989 pour le calcul de la capacité de charge au
grippage des engrenages et sont utilisées dans les méthodes de calcul normalisées allemandes de la température
appropriéepour l’épaisseur du film d’huile en vue de l’évaluation du risque d’usure et de micropiqûre. La perte de
puissance à vide des engrenages est calculée à partir des expériences systématiques effectuées avec divers
paramètres issus des projets de recherche publiés. Le calcul de la perte de puissance des paliers à roulements est
tiré des expériences menées par les fabricants de paliers, tel que publié dans leurs plus récents catalogues.
Les équations pour la dissipation thermique sont fondées sur des considérations théoriques associées aux
recherches expérimentales effectuées sur des bains d’engrenage modèles avec différentes configurations de paroi
de carter d’engrenages en convection naturelle et forcée. Le rayonnement émanant du bain est fondé sur la loi de
Stefan-Boltzman avec les valeurs mesurées du coefficient de rayonnement relatif de la surface du bain
d’engrenage évalué avec différentes finitions et revêtements de surface. Des équations pour le calcul du transfert
de chaleur des parties tournantes et vers les fondations sont également incluses. Les résultats ont été vérifiésau
moyen de mesures de dissipation thermique réalisées en pratique sur des transmissions par engrenages. Un
programme informatique «WAEPRO» comprenant la méthode de calcul thermique proposéea été développé dans
le cadre d'un projet de recherche de la FVA (Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., Francfort); il est
largement utilisé dans l'industrie allemande des engrenages.
RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 14179-1:2001(F)
Engrenages — Capacité thermique —
Partie 1:
Capacité des transmissions par engrenages pour une température
de bain d’huile de 95 °C
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO/TR 14179 utilise un modèle de bilan thermique analytique pour calculer la puissance
thermique transmissible d’une transmission par engrenages mono- ou multi-étage lubrifiés à l’huile minérale. Le
calcul est basé sur des conditions normales à une température ambiante maximale de 25 °Cet à une température
maximale du bain d’huile de 95 °C, dans un grand espace couvert, mais fournit des coefficients modificateurs pour
d’autres situations.
2 Symboles et unités, terme et définition
Pour les besoins de la présen
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.